JPH0915040A - 焦電型赤外線検出器 - Google Patents

焦電型赤外線検出器

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JPH0915040A
JPH0915040A JP18777795A JP18777795A JPH0915040A JP H0915040 A JPH0915040 A JP H0915040A JP 18777795 A JP18777795 A JP 18777795A JP 18777795 A JP18777795 A JP 18777795A JP H0915040 A JPH0915040 A JP H0915040A
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JP
Japan
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light
infrared
light receiving
infrared detector
receiving elements
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JP18777795A
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Koichi Matsumoto
浩一 松本
Kazutaka Okamoto
一隆 岡本
Hideji Takada
秀次 高田
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Horiba Ltd
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Horiba Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 斜め入射やクロストークを低減することがで
き、干渉影響の少ない焦電型赤外線検出器を提供するこ
と。 【構成】 開口部3が赤外線透過性の窓材4で封止され
た容器1内に、複数の受光素子7,8,9,10を形成
した赤外線検出素子6を配置し、特定の受光素子8.1
0に対して外部の赤外光を入射させないように窓材4に
遮光部を形成した焦電型赤外線検出器において、前記窓
材4の表裏両面の対応する箇所に遮光部19を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、焦電型赤外線検出器
に関し、特に、開口部が赤外線透過性の窓材で封止され
た容器内に、複数の受光素子を形成した赤外線検出素子
を配置し、特定の受光素子に対して外部の赤外光を入射
させないように窓材に遮光部を形成した焦電型赤外線検
出器に関する。
【0002】
【従来の技術】図8は、従来の焦電型赤外線検出器を示
し、この図において、41は下方が開放した筒状の金属
製容器で、その上面部42のほぼ中央には開口部43が
形成されている。44は開口部43を密閉するように嵌
め込まれた赤外線透過性の窓材で、その周側面のほぼ全
体と開口部43の周辺部とを絶縁性樹脂接着剤45を用
いて容器41に接合されている。
【0003】46は窓材44に対して受光素子47,4
8を臨ませるようにして容器41内に収容されたデュア
ルタイプの赤外線検出素子である。この赤外線検出素子
46は、スペーサ49を介して回路基板50上に設けら
れている。そして、回路基板50の下面側にはFET
(電界効果トランジスタ)51や高抵抗52などからな
る回路が設けられているとともに、複数のリードピン5
3が突設されている。これらのリードピン53は、容器
41の下部開放部を閉塞するステム54を貫通して容器
41の外部に延設されている。
【0004】このように構成された焦電型赤外線検出器
においては、例えば人体などの熱源から発せられた赤外
線が窓材44を通過して赤外線検出素子46の受光素子
47,48に入射すると、リードピン53からは所定の
信号が出力される。
【0005】このような焦電型赤外線検出器は、例えば
窓材44の外部前方に特定の波長域の赤外光を通過させ
る光学フィルタとともにガス分析計のセルに対応するよ
うにして設けた場合、セルを透過した光は、さらに前記
光学フィルタを透過することにより、所望の波長域の赤
外光のみが入射する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、焦電型赤外
線検出器において、その最大視野角θ1 の大きさは、前
記開口部43の形状(窓材44の形状)と受光素子4
7,48との間の距離によって決定されるが、前記光学
フィルタに入射角が大きい光(斜め光)が入ると、その
中心波長が短波長側にシフトし、このシフトした赤外光
が受光素子47,48に入射することによって、意図し
ない波長の赤外光が入射し、干渉影響が増大してしま
う。
【0007】また、上記デュアルツインタイプの焦電型
赤外線検出器においては、受光素子47,48に対向し
て設けられる光学フィルタの透過波長帯域を異ならせ、
別々の波長の赤外光が受光素子47,48に入射するよ
うに構成されているが、前記距離によっては、一方の受
光素子47にのみ入射すべき赤外光が他方の受光素子4
8に、他方の受光素子48にのみ入射すべき赤外光が一
方の受光素子47に、それぞれ斜めに入射して所謂クロ
ストークが発生し、正確な出力が得られず、分析精度が
低下することがある。なお、このクロストークは、前記
受光素子47,48のうちの片方(例えば受光素子4
8)を温度補償用電極として用いるように構成した場合
においても生じ、この場合、温度補償効果が低下すると
いった問題がある。
【0008】そこで、図9に示すように、窓材44の裏
面(容器41の内部側)に遮光部55を形成し、特定の
受光素子に外部の赤外光が入射しないようにすることが
試みられている。このような構成を有する焦電型赤外線
検出器については、本願出願人が平成6年3月5日付け
で特許出願している(特願平6−60247号「赤外線
検出器における窓材およびその接合方法」)。
【0009】上記図9のように構成したものにおいて
は、その最大視野角θ2 を、前記図8に示したものにお
ける最大視野角θ1 よりも小さくすることができ、前記
斜め光の受光素子47,48への到達や上記クロストー
クを防止する効果がある程度認められるものの、窓材4
4と受光素子47,48間の距離がある程度小さい場合
には、前記斜め入射やクロストークを完全に防止でき
ず、クロストークを生じていた。
【0010】この発明は、上述の事柄に留意してなされ
たもので、斜め入射やクロストークを低減することがで
き、干渉影響の少ない焦電型赤外線検出器を提供するこ
とを目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この出願の第1発明は、開口部が赤外線透過性の窓
材で封止された容器内に、複数の受光素子を形成した赤
外線検出素子を配置し、特定の受光素子に対して外部の
赤外光を入射させないように窓材に遮光部を形成した焦
電型赤外線検出器において、前記窓材の表裏両面の対応
する箇所に遮光部を設けている。
【0012】そして、この出願の第2発明は、開口部が
赤外線透過性の窓材で封止された容器内に、複数の受光
素子を形成した赤外線検出素子を配置し、特定の受光素
子に対して外部の赤外光を入射させないように窓材に遮
光部を形成した焦電型赤外線検出器において、前記窓材
の表面に光学フィルタを設け、前記窓材の裏面と光学フ
ィルタの表面とのそれぞれ対応する箇所に遮光部を設け
ている。
【0013】
【作用】上記いずれの焦電型赤外線検出器においても、
斜め光が受光素子に対して入射することが大幅に低減さ
れ、したがって、光学フィルタにおいて短波長側にシフ
トした赤外光が受光素子に入射するのが防止され、クロ
ストークが生じない干渉影響の少ない焦電型赤外線検出
器が得られる。
【0014】
【実施例】以下、この発明の詳細を、図を参照しながら
説明する。図1〜図6は、この発明の第1実施例を示す
もので、この実施例の焦電型赤外線検出器は、デュアル
ツインタイプに構成されている。まず、図1において、
1は鉄やニッケルあるいはコバールなどの金属よりなる
下部側が開放された筒状の容器で、その上面部2のほぼ
中央には、図3に示すように、開口部3が形成されてい
る。4は開口部3を閉塞するように設けられる赤外線透
過性の窓材で、半田接合などの接合部5によって開口部
3の周辺において固着されている。なお、この窓材4の
構成は、後述する。
【0015】6は容器1内に収容される赤外線検出素子
で、例えばPZT(チタン酸ジルコン酸鉛系セラミック
ス)よりなる。この赤外線検出素子6には、図2に示す
ように、4つの受光素子7,8,9,10が形成されて
いる。受光素子7と8、受光素子9と10は、同一形
状、同一受光面積を有し、対称(受光素子7と8、受光
素子9と10がそれぞれ線対称)にしかも近接した状態
で、例えば「田」字状に配置されている。そして、受光
素子7と8とで一対のデュアル素子11を構成し、受光
素子9と10とでもう一対のデュアル素子12を構成し
ている。
【0016】前記赤外線検出素子6は、スペーサ13を
介してセラミックスなどよりなる回路基板14上に設け
られている。そして、回路基板14の下面側にはFET
15や高抵抗16などからなる回路が設けられていると
ともに、複数のリードピン17が突設されている。これ
らのリードピン17は、容器2の下部開放側を閉塞する
ステム18を貫通して容器2の外部に延設されている。
【0017】そして、前記受光素子7と8、9と10
は、図5に示すように、それらの電極(符号+,−で示
す)が直列逆接続されている。この図5において、15
1,152はインピーダンス変換用のFET、161,
162は時定数調整用の高抵抗、Dはデュアル素子1
1,12に電圧を供給するための電源端子、S1 ,S2
はデュアル素子11,12の出力端子、Gはデュアル素
子11,12に共通のアース端子である。
【0018】上記のように電気的接続されるデュアル素
子11,12は、それらの受光素子7〜10が全て赤外
光を受光するのではなく、図2に示すように、それぞれ
における一方の受光素子7,9に外部の赤外光が入射す
るように、窓材4の表裏(上下)両面に遮光部19(図
中、仮想線で示すハッチング部分)を設け、受光素子
7,9に対応する部分のみを光透過部20(図中、白抜
き部分)とし、他方の受光素子8,10には外部の赤外
光が入射しないようにして、受光素子8,10を例えば
温度補償用としている。
【0019】ここで、この実施例における窓材4の構成
について詳しく説明すると、この窓材4は、その母材4
Aがシリコン(Si)またはゲルマニウム(Ge)また
はこれらの母材に無反射コーティングを施したものより
なり、適宜厚さ(例えば0.4mm程度)のチップ状態
に切り出され、その上下両面は反射コーティング層によ
って適宜表面処理されている。
【0020】前記母材4Aに適宜の防着マスクを施し
て、スパッタリング、メッキなどの薄膜形成技術手法あ
るいは塗装などの手法によって表面処理を行い、図4に
示すように、母材4Aの表裏両面に受光素子7,9に対
応する部分(光透過部20)を除いて遮光部19を形成
する。この場合、遮光部19は、母材4Aの表裏両面の
対応する箇所に設ける。また、母材4Aの周縁部分にお
いては、断面視コ字状に遮光部19を形成しておく。
【0021】そして、前記遮光部19を形成するには、
薄膜形成ほうであるスパッタ、真空蒸着、めっきなどの
手法を用い、反射層の材料としては、赤外光を透過させ
ない金、ニッケル、クロームなどを用いるのがよい。そ
して、いずれの場合も遮光部19を鏡面仕上げするのが
よい。すなわち、遮光部19が所謂反射コートとなるよ
うにするのである。このようにすることにより、反射効
果を期待できる。また、薄膜であることにより、遮光部
断面での不要な反射による視野の拡大を抑制することが
できる。
【0022】上記構成の焦電型赤外線検出器において
は、窓材4の表裏両面に遮光部19を形成してあるの
で、最大視野角がθ3 となり、この最大視野角θ3 は、
図9に示した窓材44の裏面にのみ遮光部55を形成し
た場合における最大視野角θ2 に比べてかなり小さくな
っている。したがって、各受光素子7,9に対する斜め
光の入射が大幅に制限される。
【0023】したがって、焦電型赤外線検出器の入射側
に設けらた光学フィルタ(図示してない)に入射角の大
きい光が入ることによって生ずる短波長側にシフトした
赤外光が受光素子7,9に入射することが大いに低減さ
れる。また、受光素子7または9に本来入射すべき赤外
光が他の受光素子に入射するといったクロストークが大
いに低減される。したがって、干渉影響が低減され、測
定精度が向上する。
【0024】なお、上記第1実施例において、窓材4そ
のものに波長選択性(フィルタ機能)を持たせるように
してもよい。すなわち、例えば真空蒸着法を用いて、母
材4Aの例えば両面に高屈折率物質としてのGeと低高
屈折率物質としての硫化亜鉛(ZnS)とを交互に数1
0層重畳して、母材4Aの表面に波長選択性多層膜を形
成し、光学フィルタとしてもよい。
【0025】図7は、この発明の第2実施例を示すもの
で、この実施例においては、波長選択性を備えてない窓
材21(前記窓材4と同様構成)の表面(上面)に、波
長選択領域が異なる二つの光学フィルタ22A,22B
を並列的に設け、窓材21の裏面(下面)に上記実施例
と同様にスパッタリングなどの手法により遮光部23を
形成し、光学フィルタ22A,22Bの表面に前記遮光
部23と対応する箇所に遮光部24を設けている。この
場合、窓材21、光学フィルタ22A,22Bの周縁部
分においては、断面視コ字状に遮光部23,24を形成
しておく。なお、光学フィルタ22Aと22Bは、適宜
の接合法によって相互に固着され、また、これらの光学
フィルタ22A,22Bはその状態で、窓材21に対し
て適宜の接着剤によって固着されている。
【0026】なお、前記光学フィルタ22A,22B
は、例えば赤外線透過性のSi基板の両面に、高屈折率
物質としてのGeと低高屈折率物質としてのZnSとを
交互に数10層重畳して、所定の透過特性を有するよう
に構成されている。
【0027】上記第2実施例の焦電型赤外線検出器にお
いては、窓材21に対して光学フィルタ22A,22B
を重ね合わせたものであり、したがって、窓材21が第
1実施例の窓材4と同じ厚さを有する場合、光学フィル
タ22A,22Bの厚みの分だけ厚くなっている。した
がって、この場合の最大視野角θ4 は、図9における最
大視野角θ3 に比べて小さいことは勿論のこと、第1実
施例における最大視野角θ3 よりも小さい。したがっ
て、各受光素子7,9に対する斜め光の入射がより一層
大幅に制限され、より一層S/Nが向上し、測定精度が
向上する。
【0028】なお、上記第2実施例において、窓材21
に対して二つの光学フィルタ22A,22Bを載置して
いたが、単一の光学フィルタを窓材21に載置するよう
にしてあってもよい。
【0029】そして、上記第1、第2実施例の焦電型赤
外線検出器は、受光素子を4つ設け、2つの異なった出
力タイプで、特にデュアルツイン型に構成してあった
が、この発明はこれに限られるものではなく、2n個の
受光素子を設け、n個の出力を得るようにしてあっても
よい(但し、nは1以上の整数)。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように、この発明において
は、窓材の表裏両面の対応する箇所に遮光部を設けた
り、窓材の裏面と光学フィルタの表面とのそれぞれ対応
する箇所に遮光部を設けたことによって、斜め光が受光
素子に対して入射することが大幅に低減され、受光素子
に対して直進する光を有効に受光素子に入射させること
ができる。
【0031】したがって、光学フィルタにおいて短波長
側にシフトした赤外光が受光素子に入射するのが防止さ
れ、クロストークが生じず、干渉影響の少ない測定精度
の良好な焦電型赤外線検出器が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施例に係る焦電型赤外線検出器の一例を
示す断面図である。
【図2】前記焦電型赤外線検出器の平面図で、特に、受
光素子の配置と、遮光部、光透過部との関係を示す図で
ある。
【図3】前記焦電型赤外線検出器の窓材近傍を示す一部
を破断した分解斜視図である。
【図4】窓材の断面図である。
【図5】前記焦電型赤外線検出器の電気的構成を概略的
に示す図である。
【図6】前記焦電型赤外線検出器の動作説明図である。
【図7】第2実施例に係る焦電型赤外線検出器の要部を
概略的に示す断面図である。
【図8】従来技術を説明するため図である。
【図9】従来技術を改良した先願に開示された技術を説
明するための図である。
【符号の説明】
1…容器、3…開口部、4,21…窓材、6…赤外線検
出素子、7,8,9,10…受光素子、19,23,2
4…遮光部、22A,22B…光学フィルタ。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 開口部が赤外線透過性の窓材で封止され
    た容器内に、複数の受光素子を形成した赤外線検出素子
    を配置し、特定の受光素子に対して外部の赤外光を入射
    させないように窓材に遮光部を形成した焦電型赤外線検
    出器において、前記窓材の表裏両面の対応する箇所に遮
    光部を設けたことを特徴とする焦電型赤外線検出器。
  2. 【請求項2】 開口部が赤外線透過性の窓材で封止され
    た容器内に、複数の受光素子を形成した赤外線検出素子
    を配置し、特定の受光素子に対して外部の赤外光を入射
    させないように窓材に遮光部を形成した焦電型赤外線検
    出器において、前記窓材の表面に光学フィルタを設け、
    前記窓材の裏面と光学フィルタの表面とのそれぞれ対応
    する箇所に遮光部を設けたことを特徴とする焦電型赤外
    線検出器。
JP18777795A 1995-07-01 1995-07-01 焦電型赤外線検出器 Pending JPH0915040A (ja)

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